一、概述
注塑機、擠(ji)出機是塑膠行業的(de)主要生產設(she)(she)備，同(tong)時也是主要的(de)耗電(dian)設(she)(she)備，被人們稱為“電(dian)老虎”，其用電(dian)量占(zhan)企業生產用電(dian)的(de)80%左右。注(zhu)塑機耗電大(da)，一方面造(zao)成(cheng)全社(she)會電能(neng)的巨(ju)大(da)浪費，另一方面造(zao)成(cheng)企(qi)業生(sheng)產成(cheng)本居(ju)高(gao)不下，產品缺(que)乏競爭(zheng)優(you)勢，嚴重(zhong)影響企(qi)業的經濟效益。
注(zhu)塑機的(de)(de)工(gong)藝(yi)過程(cheng)一般分為鎖模、射膠、熔膠、保壓(ya)(ya)、冷卻、開模等(deng)幾個(ge)階段，各(ge)個(ge)階段需要不同(tong)的(de)(de)工(gong)作(zuo)壓(ya)(ya)力(li)和流(liu)量。對(dui)于油(you)泵(beng)馬(ma)達(da)而言，注(zhu)塑過程(cheng)是處于變化的(de)(de)負載狀(zhuang)態。在定(ding)(ding)量泵(beng)的(de)(de)液(ye)壓(ya)(ya)系(xi)統(tong)中，油(you)泵(beng)馬(ma)達(da)始終(zhong)以恒(heng)定(ding)(ding)的(de)(de)轉速提供恒(heng)定(ding)(ding)的(de)(de)流(liu)量，多余的(de)(de)液(ye)壓(ya)(ya)油(you)通(tong)過溢流(liu)閥回流(liu)，此過程(cheng)稱(cheng)為高壓(ya)(ya)節(jie)流(liu)。據統(tong)計高壓(ya)(ya)節(jie)流(liu)造成的(de)(de)能量損失高達(da)25-60%。同(tong)時，由于液(ye)壓長期的(de)全速循環流動(dong)，與液(ye)壓件、機械(xie)件的(de)劇烈磨擦，造(zao)成油(you)溫過(guo)高、噪音過(guo)大、機械(xie)壽(shou)命縮短的(de)現(xian)象。
在注(zhu)塑機(ji)工序(xu)一個完(wan)整的(de)過(guo)(guo)程中，各(ge)種(zhong)型號的(de)注(zhu)塑機(ji)，它的(de)工序(xu)過(guo)(guo)程是相同的(de)，大致是五個工序(xu)過(guo)(guo)程。
從上圖可(ke)知注(zhu)塑機不同的(de)工序過程中壓力和時間是這樣(yang)分布的(de)：
（1）送(song)模具過程：壓力(li)低，時間較短。
（2）合(he)模(mo)具(ju)過程：左(zuo)右兩個模(mo)具(ju)相接直(zhi)至(zhi)完全閉合(he),壓力略(lve)高，時(shi)間(jian)不長。
（3）保(bao)壓過程：送料至模(mo)腔，直到成型，固(gu)化。壓力(li)較(jiao)高，時(shi)間(jian)(jian)較(jiao)長，約占一件產(chan)品制造時(shi)間(jian)(jian)的40—60％。
（4）脫(tuo)模具過程：加工成型,開啟模具,脫(tuo)模，取出(chu)加工(gong)件。壓力(li)略高，時間不長。
（5）退(tui)模(mo)具(ju)過程：加工件(jian)取出，模(mo)具(ju)后退(tui)原位，進行輔助工作后，待再(zai)次(ci)加工。壓力低，時間(jian)較短。
對同一臺注(zhu)塑機，加(jia)工不同的(de)塑料件，其壓力（P）與時間（t）長短是各不相同(tong)的。由于(yu)加工(gong)件(jian)模(mo)具的復雜性，使用(yong)不同(tong)的塑(su)料(liao)，一個加工(gong)件(jian)的總(zong)用(yong)料(liao)量，有否(fou)嵌件(jian)等有關。具體參數(shu)設定，一般由工(gong)程技術(shu)人員經過測試(shi)后才能確定。
二、注塑(su)機節能的原(yuan)理(li)及可行性分(fen)析
一(yi)臺通用注(zhu)塑機設備，在(zai)一(yi)個完整的(de)(de)注(zhu)塑過程(cheng)中的(de)(de)鎖模(mo)(mo)、射(she)膠(jiao)、充填(tian)、熔膠(jiao)、冷卻(que)(que)、開(kai)模(mo)(mo)等(deng)階(jie)(jie)段對壓力的(de)(de)要求各不相(xiang)同(tong)，開(kai)模(mo)(mo)階(jie)(jie)段只需保證較小的(de)(de)壓力即可，但在(zai)熔膠(jiao)、冷卻(que)(que)時卻(que)(que)需要較大的(de)(de)壓力，以(yi)保證產品質量(liang)及生產率。根據注(zhu)塑機原理，我們(men)知道電(dian)機轉速越(yue)高，注(zhu)塑壓力也就越(yue)大，所(suo)以(yi)通過變頻器對注(zhu)塑機電(dian)機進行調速實現變壓節能是完全可行的(de)(de)。
當前大多數注塑(su)機生產(chan)商家未采用(yong)節能變(bian)頻器技術，還是(shi)采用(yong)的Y/△啟(qi)(qi)動，由工頻(pin)(pin)電網(wang)直接供電，啟(qi)(qi)動電流大，且浪費電能；如采(cai)用變頻(pin)(pin)調速(su)調壓的(de)(de)(de)(de)方(fang)式(shi)則可(ke)實現注塑機(ji)電機(ji)的(de)(de)(de)(de)軟啟(qi)(qi)動，并可(ke)根據各個不同工藝段的(de)(de)(de)(de)壓力(li)需求自動改變運行頻(pin)(pin)率(lv)，達到節能增(zeng)效的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。這些功能可(ke)通過變頻(pin)(pin)器的(de)(de)(de)(de)壓力(li)模擬(ni)反(fan)饋或(huo)多段速(su)度的(de)(de)(de)(de)調節方(fang)式(shi)來實現。具(ju)有投資回收快的(de)(de)(de)(de)特點。
1.理論(lun)原理
油泵的輸(shu)出功率(lv)：pt=p×Qt=p×v×n (1)
油泵的理論轉矩：Tt=1/2π×p×V (2)
P為壓力，Qt為流量，V為油泵排量(liang)，n為(wei)油泵的轉速，將(2)式代(dai)入(1)式(shi)得：
Pt=2π×Tt×n (3)
如果忽略機(ji)(ji)械能(neng)(neng)到液(ye)壓能(neng)(neng)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換過程中的(de)(de)能(neng)(neng)量損失，則可近(jin)似認為油(you)泵的(de)(de)輸出功率等(deng)于電機(ji)(ji)的(de)(de)輸出轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)矩與電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)速的(de)(de)乘積。因此可以看出，當(dang)系(xi)統(tong)要求低(di)流量時，系(xi)統(tong)需要的(de)(de)功率其實(shi)(shi)是非常低(di)的(de)(de)。但是實(shi)(shi)際情況卻(que)是，由于電動機(ji)(ji)始終運行在工頻50Hz狀態上，并不(bu)能根據實際的(de)(de)需(xu)求(qiu)來(lai)降低(di)其轉(zhuan)速(su)，從而減小流(liu)(liu)量。因此(ci)多(duo)余(yu)的(de)(de)液壓(ya)油(you)只能通過(guo)比(bi)例流(liu)(liu)量閥(fa)流(liu)(liu)回(hui)油(you)箱，造成能源的(de)(de)白白浪費(fei)。
2、油泵變頻(pin)調速節電運行
從圖(tu)2注塑機的P=f(t)工序過程(cheng)中看出，在(zai)(zai)不同時間段，它(ta)的主(zhu)油泵壓力(li)是(shi)變(bian)化的，而且起伏較大，這就(jiu)存在(zai)(zai)節能的可(ke)能性，且潛力(li)較大。據統計，注塑機節電率(lv)一(yi)般可(ke)達25%-60%。眾所周知注塑機(ji)未使用變(bian)頻器時，主(zhu)泵的(de)電(dian)動機(ji)始(shi)終恒(heng)速運(yun)行(xing)，是極不經濟的(de)運(yun)行(xing)的(de)方式。
; 采用(yong)注塑機節(jie)電控制器，將控制比例流(liu)量閥的電流(liu)信(xin)號（0-1A），按每個生產工藝階(jie)段設定的流量比例，得(de)到0-1A 的(de)(de)比(bi)(bi)例信號去打開電(dian)磁閥的(de)(de)比(bi)(bi)例開度，以(yi)提(ti)(ti)供系統(tong)所需(xu)的(de)(de)壓(ya)力(li)。多(duo)余的(de)(de)流量通過(guo)溢流閥溢流掉。把比(bi)(bi)例流量信號連接(jie)到注塑(su)機節(jie)電(dian)控制器作為(wei)驅動指令，控制油(you)壓(ya)驅動電(dian)機的(de)(de)轉速，油(you)泵(beng)只(zhi)補充油(you)路中所消耗的(de)(de)部(bu)份，油(you)泵(beng)電(dian)機按(an)比(bi)(bi)例指令運(yun)轉相應轉速，輸出相應的(de)(de)流量，以(yi)提(ti)(ti)供系統(tong)所需(xu)的(de)(de)壓(ya)力(li)。即需(xu)要多(duo)少提(ti)(ti)供多(duo)少，在源頭上(shang)讓它不產生浪費，因此(ci)用變頻節(jie)電(dian)系統(tong)在注塑(su)機的(de)(de)整過(guo)生產過(guo)程中都具(ju)有明(ming)顯的(de)(de)節(jie)電(dian)效(xiao)果，從(cong)而能夠較大(da)幅度節(jie)能省電(dian)，為(wei)用戶帶來可觀的(de)(de)經濟效(xiao)益(yi)。
根據(ju)上述動作，按時(shi)間先(xian)后(hou)程序可(ke)將(jiang)注射機工作過程繪(hui)成曲線(xian)圖(tu)
三(san)、PI9000改造方案(an)簡(jian)述(shu)
目前在一些注(zhu)塑(su)機(ji)(ji)已(yi)(yi)采(cai)用了(le)變頻節能技(ji)術(shu)，收到(dao)了(le)節能、超靜(jing)、高效和(he)可靠的顯著效果，且能大大減(jian)少(shao)注(zhu)塑(su)機(ji)(ji)的用電(dian)量(liang)，這已(yi)(yi)在眾多注(zhu)塑(su)機(ji)(ji)用戶中得到(dao)了(le)非(fei)常好的評(ping)價與(yu)信賴(lai)。通過一些專家的測試和(he)改良，注(zhu)塑(su)機(ji)(ji)的變頻節能技(ji)術(shu)已(yi)(yi)日(ri)趨(qu)完善。
本方案是將注塑機主控制器的(de)流量閥或(huo)壓(ya)力(li)閥的(de)信(xin)號轉換變頻(pin)器接受(shou)的(de)0~10v信號給變頻器(qi)，以達到(dao)根據工藝需要調(diao)節油壓的目的。
這(zhe)種方(fang)式(shi)是種較為通用(yong)的(de)(de)做(zuo)法，一(yi)些技改同行將(jiang)信號(hao)變換及控制系統做(zuo)成一(yi)種較為通用(yong)的(de)(de)電路(lu)板，以簡化技改電路(lu)的(de)(de)設計；根據普傳(chuan)變頻器的(de)(de)特點也可采用(yong)通用(yong)控制板的(de)(de)做(zuo)法。
參(can)數設置：取(qu)流量和壓(ya)力兩路信號的絕對值(zhi)的最大值(zhi)設定頻(pin)率：
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功能碼 |
功(gong)能碼(ma)值 |
說明 |
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F0.03 |
2 |
模擬量AI1設定 |
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F0.04 |
3 |
模(mo)擬量AI2設定 |
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F0.07 |
21 |
頻率(lv)主輔(fu)關系(xi)：Max（主，輔） |
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F0.11 |
1 |
端子臺控(kong)制 |
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F0.13 |
0.5 |
第一加速時間(jian) |
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F0.14 |
0.5 |
第一減速時間 |
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F1.12 |
1.02V |
模擬量下(xia)限（根據流量和壓力零(ling)信(xin)號，變(bian)頻器頻率校零(ling)） |
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F1.14(F1.18) |
6V |
根據現場工藝(yi)調節此參數(shu)可適當調節電機(ji)輸出力度 |
四、注塑機變頻改造應意的幾個問題
1、注塑機變頻(pin)改造(zao)過(guo)程中應注意的幾個問題：
①必(bi)需是采(cai)用定量泵的注塑機才可進行變頻節能改造。
②變量泵不用進行(xing)變頻(pin)節(jie)能(neng)改造。因為變量泵本身已帶有一定的(de)節(jie)能(neng)效(xiao)果，增(zeng)加變頻(pin)器(qi)不能(neng)體現出(chu)它的(de)優(you)勢(shi)。
③一般(ban)情況下，繼電器(qi)控制(zhi)的(de)(de)注塑機速度是采用(yong)手調節流量閥控制(zhi)速度的(de)(de)，進(jin)行變頻節能改造的(de)(de)效(xiao)果(guo)并不(bu)理想。對小型注塑機也因對變頻器(qi)響應速度的(de)(de)特別要求，需慎進(jin)行變頻節能改造。
2、安裝(zhuang)(zhuang)變頻節能裝(zhuang)(zhuang)置應注意的問題：
①一般采用獨立電箱(xiang)的方法，也可做成工頻-變頻雙回(hui)路(lu)的形式。
; ②可以懸(xuan)掛(gua)于(yu)墻邊或機器的某(mou)一部位(wei)。
③為加強電(dian)機(ji)散熱效果，可(ke)在電(dian)機(ji)尾部(bu)加裝風扇。
3、操作使用時應注意的問(wen)題：
一般情況下，安(an)裝(zhuang)節能變頻器不會影響注塑機(ji)的操作使用方式，為保證生產(chan)效率，某(mou)些工藝參數(shu)卻需要作調整(zheng)。
五、注塑機(ji)變(bian)頻節能率(lv)及投資(zi)回本期
根據大量的現場測(ce)試，一(yi)般注(zhu)塑機油(you)泵電(dian)(dian)機在市(shi)電(dian)(dian)運行情況(kuang)下因各工序所耗功率不(bu)同(tong)，節電(dian)(dian)效益(yi)隨單機使用時(shi)間增長而增長。
1、注塑機(ji)變頻改造一般節電率為(wei)25-65%之間，注塑周期越長(chang)節電率越高(gao)，冷(leng)卻時間越長(chang)，節能率也越高(gao)。
2、投資回本期：一(yi)般來說，變頻節能改造投資在6-12個月能收回成本，而且使用(yong)率越高，回本越快。
投資回收(shou)期：
36臺機器總功(gong)率985KW，如(ru)果按每月工作30天(tian)(tian)，每天(tian)(tian)工作20小時，按節電效率保守按35%計算，每臺機(ji)器(qi)負載按65%，每度(du)電按0.8元收費。
36臺機(ji)器每月可(ke)以(yi)節約電費：985*30*20*0.8*35%*65%=107562元(yuan)/月
36臺機器一年可(ke)以節約(yue)電(dian)費(fei)：107562元/月*12月=1290774元/年
案(an)例(li)一 ：深(shen)圳龍崗某電子廠(chang)
注(zhu)塑機為：臺(tai)灣(wan)贊揚公(gong)司的CY-250系列，電機功(gong)率為3.7KW ，變(bian)頻改造(zao)具體情況如(ru)表：
從(cong)上表(biao)分析可知，工頻運行(xing)時平均每小(xiao)時用電量為2.58KW/h ，變頻運(yun)行時平均每小時用電量(liang)為1.4KW/h，當(dang)地電(dian)費是0.75元每度，按每天平均工(gong)作20小時，每(mei)月工作28天(tian)計算得：
節(jie)電率為：（ 2.58-1.4 ）/2.58 = 45.7%
工頻運(yun)行是(shi)每年(nian)電費為(wei)： 2.58 ╳ 20╳28╳12╳0.75=13003.2元
變頻(pin)運行是每年電費為(wei)： 1.4 ╳ 20╳28╳12╳0.75=7056元
每年節省(sheng)電費 5947.2元
結論：
理論分(fen)析與實際測得：注塑機變頻節能改造(zao)以后有以下幾種優點：
1.節(jie)能降(jiang)耗、降(jiang)低成(cheng)本(ben)。
2.滿足各工(gong)況工(gong)藝要求，提高了產品質量、產量。
3.實現了軟起動(dong)，對電網、變壓器無起動(dong)電流沖擊。
4.減少對機械(xie)(xie)的沖擊、磨(mo)損、延(yan)長機械(xie)(xie)壽(shou)命。
5.相對(dui)地降低了油溫和(he)油泵噪音。
